Eclogit

Mảnh eclogit với granat (đỏ) và chất nền omphacit (lục ánh xám). Các tinh thể màu thiên thanh là kyanit. Thạch anh màu trắng cũng có mặt, có lẽ là từ tái kết tinh coesit. Một vài vệt phengit màu trắng-vàng có thể thấy ở phần đỉnh. Đồng xu đường kính 23 milimét (0,91 in) được thêm vào để so sánh.

Eclogit (còn gọi là đá lựu huy, là tên ghép từ đá thạch lựu = granat và đá lục huy = omphacit) là đá biến chất hình thành khi đá hỏa sinh mafic chịu áp suất cao. Theo định nghĩa của IUGS thì eclogit không có plagioclase, chứa từ 75% thể tích trở lên là omphacit (Na-Ca-Al-Mg clinopyroxen) và granat (thường là pyrop hay almandin giàu magnesi). Cả hai thành phần đều phải có và không thành phần nào vượt quá 75% thể tích.^[1][2]

Eclogit hình thành ở áp suất lớn hơn áp suất điển hình của lớp vỏ Trái Đất. Là loại đá đặc sít bất thường, eclogit có thể có vai trò quan trọng trong sự truyền động đối lưu bên trong phần rắn của Trái Đất.

Đá tươi mới có thể có bề ngoài nổi bật, với granat màu đỏ đến hồng (almandin-pyrop) trong chất nền màu xanh lục của pyroxen giàu natri (như omphacit). Các khoáng vật phụ sinh bao gồm kyanit, rutil, thạch anh, lawsonit, coesit, amphibol, phengit, paragonit, zoisit, dolomit, corundum và đôi khi có cả kim cương. Plagioclase là không bền trong eclogit.

Từ nguyên

Eclogit có nguồn gốc từ tiếng Pháp éclogite. Từ này có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp ἐκλογή (eklogḗ, nghĩa là "lựa chọn" – để nói tới sự lựa chọn khoáng vật tạo thành loại đá này), được tu sĩ kiêm nhà khoáng vật học người Pháp là René Just Haüy (1743-1822) đặt ra năm 1822.^[3]

Các loại eclogit

Địa điểm điển hình của eclogit nằm gần Kupplerbrunn (thị trấn Eberstein, bang Kärnten, Áo).^[4]

Theo dòng lịch sử, Pentti Eskola (1883-1964) định nghĩa các tướng đá biến chất là đá phát sinh từ đá nguyên thủy bản chất base (là đá trước khi biến chất chứa dưới 53% silica và giàu sắt-magie). Ban đầu tên gọi eclogit được dành cho các loại đá có bản chất base nhưng do sự lạm dụng ngôn ngữ nên thuật ngữ eclogit được dùng để chỉ các tướng đá eclogit và vì thế eclogit có thể có bản chất axit (chứa trên 53% silica) hoặc base.

Eclogit base bao gồm omphacit và granat (hỗn hợp của almandin, grossular và pyrop). Omphacit là dung dịch rắn giữa hai cực sau: jadeit (một loại clinopyroxen natri) và diopside (một loại clinopyroxen của calci).

Eclogit axit bao gồm granat, mica trắng khá phổ biến (như phengit, paragonit). Nó cũng có thể chứa talc.

Các eclogit cũng có thể chứa kyanit dưới dạng các vệt nhỏ màu ánh hồng, rutil dưới dạng các hạt nhỏ màu đỏ tươi (nếu mỏng) hoặc nâu (nếu dày). Tại điểm tiếp xúc có thể có giữa amphibol magnesi và kyanit thì một loại khoáng vật mica rất hiếm là preiswerkit có thể hình thành.

Nguồn gốc

Eclogit thường là kết quả của biến chất áp suất từ cao đến rất cao của đá mafic với gradient địa nhiệt thấp (dưới 10 °C/km (29 °F/mi)) khi chúng bị hút chìm xuống lớp vỏ sâu hơn, tới độ sâu của lớp phủ trên trong đới hút chìm.^[5] Chúng thường hình thành từ các tập hợp khoáng vật tiền thân điển hình của biến chất tướng đá phiến lam.

Eclogit thường được coi là chỉ báo về các đới hút chìm cổ. Đá tướng eclogit cũng có thể hình thành ở đáy của lớp vỏ lục địa dày hơn, nhưng những phát hiện như thế là rất hiếm. Khi nâng lên tới mặt đất thì các eclogit cũng có thể trải qua chu trình biến chất nghịch, trong đó các khoáng vật như plagioclase, amphibol, epidot và biotit hình thành, tuy nhiên, chúng không được gán vào cộng sinh khoáng vật tướng eclogit thực sự.

Eclogit có tỷ trọng riêng khoảng 3,2–3,6 g/cm³. Do tỷ trọng riêng cao của chúng nên các eclogit cổ nhất còn được bảo tồn được tìm thấy ở Fennoscandia (bán đảo Kola) cũng được coi là chứng cứ về sự tồn tại của hút chìm và kiến tạo mảng vào khoảng 2,87 tỷ năm trước.^[6] Các eclogit cổ hơn được coi là không thể tồn tại do gradient địa nhiệt cao trong thời kỳ thuộc Liên đại Thái cổ và Liên đại Hỏa thành.^[7] Các mảnh eclogit cổ nhất được tìm thấy có niên đại không quá 3,2 tỷ năm. Một thực tế là eclogit hiếm khi hoặc không thể hình thành trước thời gian này có lẽ là do khi đó lớp phủ của Trái Đất nóng hơn.^[8]

Tướng eclogit

Eclogit Đá phiến lam Đá phiến lục Prehnit- Pumpellyit Zeolit Granulit Amphibolit Đá sừng Sanidinit P (kbar) T (°C) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Các tướng đá biến chất trong không gian áp suất-nhiệt độ. Các tướng đá eclogit chiếm vùng áp suất cao và cực cao của không gian này.

Các tướng eclogit được xác định bằng nhiệt độ và áp suất cần thiết để biến chất đá bazan thành tập hợp eclogit. Tập hợp khoáng vật eclogit điển hình là granat (từ pyrop đến almandin) cộng clinopyroxen (omphacit).

Các eclogit ghi nhận áp suất trên 1,0 đến 1,4 gigapascal (150.000 đến 200.000 psi) (độ sâu 35 đến 45 kilômét (22 đến 28 mi)) ở khoảng 400 đến 1.000 °C (752 đến 1.832 °F) và thường trên 600–650 °C (1.112–1.202 °F).^[9] Đây là sự biến chất áp suất cao, nhiệt độ từ trung bình đến cao. Kim cương và coesit xuất hiện như các thành phần dấu vết trong một số eclogit và ghi nhận áp suất đặc biệt cao. Biến chất áp suất siêu cao (UHP) như vậy đã được định nghĩa là sự biến chất bên trong các tướng eclogit nhưng ở áp suất cao hơn của chuyển tiếp thạch anh-coesit (hai khoáng vật này có cùng một thành phần là silica). Một số đá UHP dường như được chôn vùi ở độ sâu lớn hơn 120 km (75 mi) nếu như kim cương xuất hiện trong những loại đá này.

Các loại đá eclogit chứa lawsonit (một loại khoáng vật calci-nhôm silicat ngậm nước) hiếm khi lộ ra trên bề mặt Trái Đất, mặc dù chúng được dự báo từ các thực nghiệm và các mô hình nhiệt là hình thành trong hút chìm thông thường của lớp vỏ đại dương ở độ sâu khoảng 45 đến 300 kilômét (28 đến 186 mi).^[10] Sự khan hiếm của các eclogit lawsonit vì thế không phản ánh các điều kiện hình thành bất thường mà phản ánh các quy trình khai quật bất thường. Eclogit lawsonit được biết đến tại Hoa Kỳ (phức hợp Francisco ở California; các thể tù ở Arizona); Guatemala (đới đứt gãy Motagua), Corsica, Australia, Cộng hòa Dominica, Canada (British Columbia) hay Thổ Nhĩ Kỳ.

Eclogit là tướng biến chất áp suất cao nhất và thường là kết quả của sự tiến triển từ các điều kiện biến chất đá phiến lam.

Chu trình áp suất, nhiệt độ và thời gian

Chu trình P, T của đá biến chất.

Omphacit và granat của eclogit base hay granat, phengit và talc của eclogit axit tạo thành các liên kết ổn định của các khoáng vật ở các điều kiện nhất định về áp suất (P), nhiệt độ (T) mà người ta gọi là cộng sinh. Các liên kết khoáng vật này giúp người ta có thể theo dõi lịch sử của đá theo dòng thời gian.

Đá biến chất trải qua các điều kiện P, T khác nhau trong quá trình hình thành nó:

Trong chu trình vùi lấp hay chu trình thuận, các điều kiện về P, T ngày càng mãnh liệt hơn. Các khoáng vật hợp thành đá bị hút chìm (chủ yếu là đá phiến lam) bị khử nước theo phương trình sau:

Plagioclase + Glaucophan → Granat + Jadeit + Nước

Các khoáng vật hình thành là khoáng vật bị khử kiệt nước, như jadeit pyroxen hay granat.

Sau đó đá đạt tới cực đại biến chất (giai đoạn eclogit). Tại giai đoạn này, sự hiện diện của các khoáng vật ngậm nước (như các loại amphibol) là gần như không thể do các điều kiện về P, T.

Tuy nhiên, trên mặt đất người ta tìm thấy khoáng vật có trong eclogit base là amphibol và nó dường như đã phát triển tại giao diện omphacit/granat, và vì thế là do hai pha này gánh chịu. Sự hiện diện của amphibol chỉ ra rằng eclogit một khi đã hình thành đã trải qua sự thay đổi của các điều kiện P, T và kết thúc ở amphibolit.

Điều này chứng minh rằng trong quá trình khai quật thì đá trải qua chu trình nghịch, trong đó các điều kiện về P, T giảm nhẹ dần và các khoáng vật tái ngậm nước ở vùng ngoại vi, vì thế mà có sự hiện diện của amphibol ở một số loại eclogit nhất định. Do đó, đối với loại eclogit này thì granat (Gt) và clinopyroxen (Cpx) không còn ở trạng thái cân bằng nữa. Kết quả của sự mất ổn định của tổ hợp Gt + Cpx là sự tạo thành hornblend (Hbl) và plagioclase (Pl) khi đá trồi dần lên, theo phản ứng sau:

Gt + Cpx + Thạch anh → Hbl + Pl

Cpx trên thực tế là hỗn hợp Cpx + Pl. Hỗn hợp này sinh ra từ sự mất ổn định của omphacit theo phương trình:

Omphacit → Cpx + Pl

Độ chính xác của các dữ liệu P, T, t

Đá là vật liệu dẫn nhiệt kém, vì thế các gradient địa nhiệt và biến chất là không giống nhau. Nói chung thì chu trình nghịch được bảo tồn tốt hơn so với chu trình thuận. Thời gian (như thời gian vùi lấp tối đa) được ước tính theo định tuổi đồng vị phóng xạ. Người ta có thể sử dụng một số phương thức, như định tuổi rubidi-stronti (sử dụng cặp đồng vị ⁸⁷Rb/⁸⁷Sr) hay định tuổi agon-agon (sử dụng cặp đồng vị ⁴⁰Ar/³⁹Ar).

Tầm quan trọng của eclogit

Eclogit.

Eclogit hiếm và là loại đá quan trọng do nó chỉ hình thành trong các điều kiện thông thường được thấ ở lớp phủ hoặc phần sâu nhất của lớp vỏ dày.

Các loại đá eclogit rất hữu ích trong việc làm sáng tỏ các mô hình và quá trình kiến tạo mảng, vì nhiều loại eclogit là đại diện cho các loại đá lớp vỏ đã bị hút chìm xuống độ sâu trên 35 km và sau đó quay trở lại bề mặt.

Eclogit được đưa tới các điều kiện nông hơn là không ổn định và thường xảy ra biến chất nghịch: amphibol thứ cấp và plagioclase có thể hình thành các gờ phản ứng trên pyroxen hoặc granat gốc, còn titanit có thể hình thành các gờ xung quanh rutil. Eclogit hoàn toàn có thể quay trở lại thành amphibolit hoặc granulit trong quá trình khai quật. Trong một số eclogit biến chất nghịch và đi kèm với nhiều đá giàu silica hơn, biến chất áp suất siêu cao (UHP) được công nhận chỉ là vì sự bảo tồn các thể vùi coesit và/hoặc kim cương trong các khoáng vật dấu vết như zircon và titanit.

Các thể vùi của eclogit xuất hiện trong các mạch ống kimberlit ở châu Phi, Nga, Canada và một số nơi khác. Eclogit trong các địa thể granulit được biết đến từ khối Musgrave ở miền trung Australia, nơi sự va chạm lục địa đã xảy ra khoảng 550-530 Ma, dẫn tới sự vùi lấp đá sâu hơn 45 km (15 kilobar) và khai quật nhanh (dưới 10 triệu năm) thông qua các đứt gãy chờm ngăn chặn sự nung chảy đáng kể. Các loại đá felsic trong các địa thể này chứa sillimanit, kyanit, coesit, orthoclase, pyroxen và các loại đá hiếm, kỳ dị, hình thành trong điều kiện kiến tạo bất thường.

Hình thành đá hỏa sinh từ eclogit

Peridotit là kiểu đá chủ yếu của lớp phủ trên, chứ không phải eclogit, như các chứng cứ địa chấn và thạch luận học cung cấp. Tương tự, peridotit là nguồn cung cấp đá quan trọng hơn nhiều cho các loại magma thông thường.

Nung chảy eclogit để trực tiếp tạo ra bazan nói chung không được hỗ trợ trong thạch luận học hiện đại. Mức độ nung chảy một phần cao đến bất hợp lý là cần thiết để thu được các thành phần bazan. Để thu được bazan (nghĩa là đá với thành phần bazan) từ nung chảy eclogit thì nó phải trải qua 100% nung chảy một phần, như được người ta lập mô hình. Thay vì thế, bazan có thể được sinh ra từ nung chảy một phần peridotit ở mức từ 1 đến 25%, như harzburgit và lherzolit. Một số đá giống như andesit có thể được tạo ra từ nung chảy một phần eclogit; chẳng hạn một loại đá bất thường gọi là adakit (được mô tả đầu tiên tại đảo Adak trong quần đảo Aleut) từng được người ta đề xuất coi là sản phẩm của nung chảy một phần của eclogit trong lớp vỏ đại dương đang hút chìm. Tương tự, nung chảy một phần eclogit đã được lập mô hình là sản sinh ra tonalit-trondhjemit-granodiorit nóng chảy (đá TTG).^[11]

Bazan nói chung được tạo ra như là sản phẩm nung chảy một phần của peridotit ở độ sâu 20–120 km. Eclogit nặng hơn so với quyển mềm bao quanh. Trừ khi eclogit được tạo ra trong lớp vỏ đại dương rất trẻ, nó nguội vào thời gian hút chìm ban đầu và vì thế được đưa xuống tới lớp phủ. Nếu eclogit đã hút chìm này sau đó được đưa lên cùng với peridotit, như trong chùm manti, nó có thể nóng chảy do sự nóng chảy giảm áp (xem thêm đá hỏa sinh) ở nhiệt độ thấp hơn so với peridotit đi kèm. Các phần nóng chảy nguồn gốc eclogit có thể là phổ biến trong lớp phủ, và góp phần vào các khu vực núi lửa nơi lượng magma lớn bất thường phun trào.^[12]

Eclogit nóng chảy có thể phản ứng với peridotit bao quanh để sản sinh ra pyroxenit, và tới lượt mình thì nó bị nóng chảy để tạo thành bazan.^[13]

Kim cương eclogit

Nhiều loại kim cương từ các thể tù eclogit có tỷ lệ đồng vị ¹³C:¹²C khác biệt với kim cương điển hình có trong các thể tù peridotit. Các khác biệt đồng vị cacbon giữa kim cương harzburgit và eclogit hỗ trợ cho giả thuyết cho rằng các thể tù eclogit này hình thành từ bazan được kéo xuống trong các đới hút chìm.

Kim cương eclogit thường cũng chứa nhiều nitơ hơn, cũng như có điệp các thể vùi khoáng vật khác biệt so với kim cương harzburgit. Kim cương harzburgit thường có các thể vùi pyrop chứa titan, spinel và diopside chứa crom, là các khoáng vật nói chung không thấy có ở eclogit.

Phân bố

Eclogit từ Almenning, Na Uy. Khoáng vật màu nâu đỏ là granat, màu xanh lục là omphacit và thạch anh màu trắng.

Eclogit xuất hiện cùng các peridotit granat ở Greenland và trong các phức hợp ophiolit khác. Các ví dụ được biết đến tại Sachsen, Bayern, Kärnten, Na Uy và đảo Newfoundland. Một vài loại đá eclogit cũng xuất hiện tại vùng cao nguyên tây bắc Scotland và Khối núi Trung tâm tại Pháp. Eclogit glaucophan xuất hiện tại Italia và Alpes pennines. Các điểm xuất hiện cũng có tại miền tây Bắc Mỹ, bao gồm cả vùng tây nam^[14] và hệ tầng Francisco của dãy núi Duyên hải California.^[15] Các tướng granulit-eclogit chuyển tiếp á granit, đá núi lửa felsic, mafic và granulit có trong Khối Musgrave của kiến tạo sơn Petermann ở miền trung Australia. Eclogit chứa coesit và glaucophan được tìm thấy ở tây bắc Himalaya.^[16] Các đá eclogit chứa coesit cổ nhất có niên đại khoảng 650 Ma và 620 Ma, tương ứng nằm tại Brasil và Mali.^[17][18]

Hình ảnh

• 
  Eclogit base
• 
  Eclogit axit
• 
  Eclogite thu thập tại Compointrie, Loire-Atlantique, Pháp.
• 
  Rìu thời đại đồ đá mới làm từ eclogit, Bảo tàng Toulouse.

Tham khảo

1. Douglas Fettes, Jacqueline Desmons (biên tập): Metamorphic Rocks. A Classification and Glossary of Terms. Nhà in Đại học Cambridge, Cambridge 2007, ISBN 9780521336185, tr. 147.
2. Eclogite trong Mindat.
3. Akiho Miyashiro, 1994. Metamorphic Petrology. 416 trang, CRC Press, tr. 318. ISBN 9780195210262, ISBN 0195210263
4. Friedhelm Thiedig, 2010. Eklogit - Ein interessantes Kärntner Gestein – Geschichte seiner Entdeckung, Verbreitung und Entstehung (Eclogit – loại đá Kärnten lý thú – lịch sử phát hiện, phân bố và hình thành). Trong: Carinthia II. Quyển 200, tr. 7–48 (Tập tin pdf tại ZOBODAT, tra cứu ngày 18-12-2019.
5. Zheng, Yong-Fei; Chen, Ren-Xu (tháng 9 năm 2017). “Regional metamorphism at extreme conditions: Implications for orogeny at convergent plate margins”. Journal of Asian Earth Sciences. 145: 46–73. Bibcode:2017JAESc.145...46Z. doi:10.1016/j.jseaes.2017.03.009. ISSN 1367-9120.
6. M.V. Mints, E. A. Belousova, A. N. Konilov, L. M. Natapov, A. A. Shchipansky, W. L. Griffin, S. Y. O'Reilly, K. A. Dokukina & T. V. Kaulina, 2010. Mesoarchean subduction processes: 2.87 Ga eclogites from the Kola Peninsula, Russia. Geology 38(8): 739–742. doi:10.1130/G31219.1
7. Harald Furnes, Minik Rosing, Yildirim Dilek & Maarten de Wit, 2009. Isua supracrustal belt (Greenland)—A vestige of a 3.8 Ga suprasubduction zone ophiolite, and the implications for Archean geology. Lithos 113(1-2): 115–132. doi:10.1016/j.lithos.2009.03.043
8. Steven B. Shirey, Stephen H. Richardson, 2011. Start of the Wilson Cycle at 3 Ga Shown by Diamonds from Subcontinental Mantle. Science 333(6041): 434-436. doi:10.1126/science.1206275
9. Gregor Markl, 2008. Minerale und Gesteine. 2. Auflage. Spektrum, Heidelberg, ISBN 9783827418043, tr. 104.
10. Hacker, Bradley R. (2008). “H2O subduction beyond arcs”. Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 9 (3). Bibcode:2008GGG.....9.3001H. doi:10.1029/2007GC001707.
11. Rapp, Robert P.; Shimizu, Nobumichi; Norman, Marc D. (2003). “Growth of early continental crust by partial melting of eclogite”. Nature. 425 (6958): 605–609. Bibcode:2003Natur.425..605R. doi:10.1038/nature02031. PMID 14534583.
12. Foulger G. R. (2010). Plates vs. Plumes: A Geological Controversy. Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-4051-6148-0.
13. Sobolev, Alexander V.; Hofmann, Albrecht W.; Sobolev, Stephan V.; Nikogosian, Igor K. (tháng 3 năm 2005). “An olivine-free mantle source of Hawaiian shield basalts”. Nature. 434 (7033): 590–597. Bibcode:2005Natur.434..590S. doi:10.1038/nature03411. ISSN 0028-0836. PMID 15800614.
14. William Alexander Deer, R. A. Howie & J. Zussman, 1997. Rock-forming Minerals. Geological Society, 668 trang. ISBN 1-897799-85-3
15. C. Michael Hogan, 2008. Ring Mountain. The Megalithic Portal, Andy Burnham biên tập.
16. Wilke, Franziska D. H.; O'Brien, Patrick J.; Altenberger, Uwe; Konrad-Schmolke, Matthias; Khan, M. Ahmed (tháng 1 năm 2010). “Multi-stage reaction history in different eclogite types from the Pakistan Himalaya and implications for exhumation processes”. Lithos. 114 (1–2): 70–85. Bibcode:2010Litho.114...70W. doi:10.1016/j.lithos.2009.07.015.
17. Jahn, Bor-ming; Caby, Renaud; Monie, Patrick (2001). “The oldest UHP eclogites of the World: age of UHP metamorphism, nature of protoliths and tectonic implications”. Chemical Geology. 178 (1–4): 143–158. Bibcode:2001ChGeo.178..143J. doi:10.1016/S0009-2541(01)00264-9.
18. Santos, Ticiano José Saraiva; Amaral, Wagner Silva; Ancelmi, Matheus Fernando; Pitarello, Michele Zorzetti; Fuck, Reinhardt Adolfo; Dantas, Elton Luiz (2015). “U–Pb age of the coesite-bearing eclogite from NW Borborema Province, NE Brazil: Implications for western Gondwana assembly”. Gondwana Research. 28 (3): 1183–1196. Bibcode:2015GondR..28.1183D. doi:10.1016/j.gr.2014.09.013.

Đọc thêm và liên kết ngoài

• Tư liệu liên quan tới Eclogit tại Wikimedia Commons
• Harvey Blatt & Robert Tracy, 1995. Petrology: igneous, sedimentary, and metamorphic. Freeman, ISBN 0-7167-2438-3
• A. Camacho, B. J. Hensen & R. Armstrong, 2002. Isotopic test of a thermally driven intraplate orogenic model, Australia. Geology 30 (10): 887–890, doi:10.1130/0091-7613(2002)030<0887:ITOATD>2.0.CO;2
• Mantle eclogites
• Eclogite sample Lưu trữ 2011-08-04 tại Wayback Machine
• Eclogite photo gallery